Technical efficiency and meta-technology estimates

El modelo estocástico de generación de lluvia SimTorm queda descrito en el Anejo 1 y en el Apartado 3.1.1. A continuación se presentan las mejoras introducidas en el modelo:

Generación de ficheros de salida con la matriz de valores de lluvia

El modelo SimTorm permite la posibilidad de visualizar en pantalla la distribución en forma de malla de las intensidades de lluvia en cada instante de tiempo. Sin embargo, no permitía guardar estas mallas en ficheros de salida. La visualización de la lluvia en pantalla provoca un gran aumento en los tiempos de ejecución del modelo, por lo que se ha desactivado para realizar la ejecución repetitiva del modelo.

Se ha implementado una función dentro del modelo que permite el almacenamiento de la malla de intensidades de lluvia en ficheros de salida para cada instante de tiempo. Los mapas de lluvia se pueden guardar en 3 formatos diferentes de ficheros: ArcView, RIBS y SAIH.

El formato ArcView permite la visualización de los ficheros en formato ráster de texto en los programas ArcView y ArcGis. En este formato se han obtenido los siguientes parámetros del mapa de lluvia para generar los ficheros (Figura 7.2.1):

• ncols: Número de columnas • nrows: Número de filas.

• xllcorner: Coordenada X (UTM) de la esquina inferior derecha de la malla. • yllcorner: Coordenada Y (UTM) de la esquina inferior derecha de la malla. • cellsize: Ancho de celda de la malla en metros.

• nodatavalue: Valor que se utiliza para designar las celdas que no tienen dato de lluvia o que no pertenecen a la cuenca.

El formato RIBS genera ficheros que se pueden utilizar como datos de entrada en el modelo hidrológico distribuido RIBS, facilitando el proceso de generación de los ficheros de mapas de lluvia requeridos por el modelo. En este formato se han obtenido los siguientes parámetros para generar los ficheros (Figura 7.2.2):

• Escala del modelo.

• Coordenadas X, Y (UTM) de la esquina inferior derecha de la malla. • Fecha de creación del fichero.

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• Número de filas y de columnas. • Ancho de celda en metros.

Figura 7.2.1. Fichero en formato ArcView para la cuenca del río Segura

Figura 7.2.2. Fichero en formato RIBS de la cuenca del río Segura

Figura 7.2.3. Fichero en formato SAIH de la cuenca del río Segura

El formato SAIH guarda la lluvia en ficheros con el formato suministrado por el SAIH. En este formato no se guardan las matrices de intensidades de lluvia sino que se guardan las intensidades de lluvia puntuales en los pluviómetros definidos mediante coordenadas. Este formato toma los siguientes parámetros del modelo SimTorm para generar los ficheros de lluvia (Figura 7.2.3):

• Valores de los parámetros de entrada del modelo SimTorm. • Coordenadas X, Y (UTM) máximas y mínimas de la malla.

• Número de intervalos de tiempo de la lluvia y duración del intervalo temporal en minutos

Página 139 • Serie temporal de la intensidad de lluvia puntual en cada pluviómetro

Ancho de malla

El modelo utiliza por defecto un ancho de malla de 10 km, adecuado para cuencas muy grandes, por ejemplo, la cuenca del Júcar o del Segura. Este valor resulta demasiado elevado para una cuenca de menor tamaño como es el caso de la cuenca del río Manzanares (1248 km2), por lo que inicialmente el valor del ancho de malla se redujo a 200 metros. Con este valor resultó que los cálculos se ralentizaban en exceso y las distribuciones espaciales de los episodios de lluvia no representaban el caso de un episodio real de lluvia.

Finalmente se ha optado por un ancho de malla de 2 km, consiguiendo unos tiempos de generación de los episodios de lluvia aceptables (en torno a 20 minutos por episodio) y una resolución de los mapas que acerca la distribución espacial de la lluvia a los casos reales.

Ruido

El modelo SimTorm aplica un ruido sobre los mapas de lluvia para dar unos resultados más cercanos a la realidad. El ruido es una función aleatoria que sigue una distribución normal, utilizada para representar la variabilidad de la intensidad de lluvia dentro de las celdas. Gracias a esta función se consigue que la lluvia simulada se acerque a las características de una lluvia real. Se han modificado las características del ruido aplicado a la lluvia para mejorar los resultados.

La distribución normal del ruido utilizada inicialmente por el modelo SimTorm tiene los siguientes parámetros:

• Valor medio: igual a cero

• Desviación típica: igual a un porcentaje de la Intensidad máxima, dicho porcentaje se introduce antes de iniciar la simulación del episodio y normalmente se encuentra alrededor del 30 %.

Aplicando este ruido se obtiene una dispersión de los valores de intensidad de lluvia a lo largo de la cuenca, que provoca la aparición de valores de intensidad de lluvia excesivamente altos en determinadas celdas de la malla localizadas en las cercanías del contorno de las celdas de lluvia, y en algunos casos, cercanos a los máximos registrados en el centro de la celda, mientras que en esta zona deberían registrarse intensidades de lluvia más pequeñas.

Para evitar este efecto, que se aleja bastante de la distribución de los valores de la intensidad de lluvia en un episodio real, se ha limitado el valor de la intensidad de lluvia, resultado de la generación del ruido mediante la función normal con los parámetros definidos, al 50 % de la Intensidad máxima, es decir, el ruido no puede provocar que una celda del mapa tenga una intensidad de lluvia superior a la mitad de la Intensidad máxima de la celda de lluvia. Con esta modificación se evita la aparición de celdas con intensidad de lluvia excesivamente alta en comparación con las celdas adyacentes con intensidad mucho más baja. De este modo se obtienen episodios con una distribución de lluvia más cercana a la realidad.

Simulación repetitiva del modelo

El modelo SimTorm se ha adaptado para realizar una ejecución en modo repetitivo, de tal forma que se pueda realizar una simulación de Monte Carlo sobre los parámetros de entrada y

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almacenar los resultados en ficheros de salida, sin tener que ejecutar el modelo episodio por episodio.

El primer paso consiste en tomar los valores de los parámetros de entrada antes de iniciar la ejecución de un episodio de lluvia. La matriz p x N de valores de los parámetros de entrada, que se han obtenido mediante una simulación de Monte Carlo, se deben guardar en un fichero. El fichero tendrá p filas igual al número de parámetros y N columnas igual al número de episodios que se quieren generar. Se ha introducido una función en el modelo que toma los datos almacenados en este fichero antes de iniciar la ejecución repetitiva y que luego irá tomando, antes de iniciar un episodio, mediante un contador que define el número del episodio que se está simulando.

Al finalizar cada instante de tiempo se crea un directorio con el número del episodio, donde se almacenan los mapas de lluvia en el formato seleccionado mediante la utilización de la función implementada de generación de ficheros de salida, creando en cada instante de tiempo un fichero con el nombre de la cuenca y el instante de tiempo al que corresponde. Al finalizar el episodio se genera un fichero en formato SAIH de resumen de los parámetros de entrada al modelo y series temporales de valores de lluvia en pluviómetros, en el caso en el que se hayan introducido las coordenadas de los pluviómetros de la cuenca.

En la pantalla se ha desactivado la opción de visualización de la lluvia para disminuir el tiempo de ejecución del modelo. Se ha introducido una ventana de texto en la pantalla con el número de episodio que se está generando actualmente para controlar el desarrollo del proceso de la simulación repetitiva.

7.2.2 CARACTERIZACIÓN DE LOS EPISODIOS OBSERVADOS DE LLUVIA EN LA